[科普中國(guó)]-飛機(jī)高鐵船舶將實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)

想必很多人在出差或旅游中都遇到過(guò)這樣的情況：在飛機(jī)、高鐵等快速移動(dòng)的交通工具上，或者在邊遠(yuǎn)山區(qū)、遠(yuǎn)洋船舶上時(shí)，手機(jī)信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，甚至根本就沒(méi)有信號(hào)。在信息時(shí)代，當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入人們的生活，手機(jī)信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)不僅會(huì)影響人們的日常工作，還極大地限制了人們的社交和娛樂(lè)。

不過(guò)，隨著中國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在飛機(jī)、高鐵上，用手機(jī)或筆記本電腦接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行商務(wù)活動(dòng)，在遠(yuǎn)洋游輪上給親朋好友發(fā)郵件，在偏遠(yuǎn)山區(qū)與家人視頻聊天將不再遙遠(yuǎn)。

技術(shù)限制使衛(wèi)星通信難以普及

一直以來(lái)，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通訊受到頻段、發(fā)射功率、天線尺寸等因素的影響，能夠滿足普通老百姓日常使用的普適性衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上難度很大，截至目前，衛(wèi)星通信的用戶基本鎖定于軍隊(duì)、政府、金融機(jī)構(gòu)，以及一些實(shí)力雄厚的跨國(guó)公司。

根據(jù)香農(nóng)定理，信息傳輸能力與帶寬和發(fā)射功率成正比，與背景噪音功率成反比。這里先解釋一下帶寬，一般信道都有一個(gè)最高的信號(hào)頻率和最低的信號(hào)頻率，只有在這兩個(gè)頻率之間的信號(hào)才能通過(guò)這個(gè)信道，這兩個(gè)頻率的差值就叫做這個(gè)信道的帶寬，用來(lái)打個(gè)比喻的話，帶寬好比是信息公路的寬度。

如果要把信息傳輸能力提升上去，比較現(xiàn)實(shí)的做法是提升“信息公路”的寬度，或者提升信號(hào)的發(fā)射功率。不過(guò)，過(guò)去信息傳遞路徑相對(duì)有限，而且非常寶貴，“信息公路”的寬度天然受到限制。而受技術(shù)水平限制，信號(hào)的發(fā)射功率的提升也不是無(wú)節(jié)制的。因此，無(wú)線傳輸能力也會(huì)有一個(gè)上限。

當(dāng)有限的資源面臨龐大的用戶，自然會(huì)導(dǎo)致上網(wǎng)就卡，甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)法接入的情況——在機(jī)場(chǎng)、賓館、大禮堂等公共場(chǎng)所，經(jīng)常遭遇公共WIFI始終難以接入，或雖然接入，但堪稱龜速的情況。

同樣的情況也會(huì)出現(xiàn)在無(wú)線通信中，而這也是無(wú)線通信不適合大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)母驹?。即便WIFI、LTE等被媒體炒得火熱，但有線通信才是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇髣?dòng)脈，所謂5G通信也是以有線通信為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

除了帶寬，**衛(wèi)星通信還要解決功率和天線的問(wèn)題。**在發(fā)射功率不變的前提下，距離近可以降低信號(hào)衰減，當(dāng)信息傳輸距離擴(kuò)大到海平面和近軌人造衛(wèi)星的距離，要想實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸，就必須提升下行功率（衛(wèi)星信號(hào)到手機(jī)）和上行功率（手機(jī)信號(hào)到衛(wèi)星），而要滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)使電子元器件的體積大幅增加，這必然導(dǎo)致射頻天線的尺寸根本塞不進(jìn)當(dāng)前以輕薄為主打要求的手機(jī)中。

事實(shí)上，原來(lái)的衛(wèi)星通信終端，尺寸都比較大，一般都安裝在建筑物上面或者大型的車輛上。

正是因此，衛(wèi)星通信只能服務(wù)少數(shù)人，但用戶數(shù)量少又帶來(lái)價(jià)格過(guò)高的問(wèn)題。比如美國(guó)當(dāng)年的銥星計(jì)劃，銥星移動(dòng)通信系統(tǒng)最多只能滿足50萬(wàn)用戶的語(yǔ)音通信，而且由于用戶體驗(yàn)非常一般，實(shí)際用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)數(shù)字，受巨大的研發(fā)費(fèi)用、系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用拖累，銥星背上了沉重的債務(wù)負(fù)擔(dān)，最終不得不申請(qǐng)破產(chǎn)，由美國(guó)軍方當(dāng)了接盤俠。

由此可見(jiàn)，過(guò)去的衛(wèi)星通信僅僅只是作為補(bǔ)充的形式而存在，更多的衛(wèi)星通信服務(wù)于軍隊(duì)、政府、金融機(jī)構(gòu)，以及一些實(shí)力雄厚的跨國(guó)公司，無(wú)法向老百姓提供普適性服務(wù)。

中國(guó)高通量衛(wèi)星技術(shù)取得突破

2016年8月6日，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將天通一號(hào)01星發(fā)射升空。

2017年4月12日，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星，衛(wèi)星完成在軌試驗(yàn)后被命名為中星16號(hào)。

這兩顆衛(wèi)星對(duì)于中國(guó)衛(wèi)星通信而言意義重大，中星16號(hào)是中國(guó)第一課高通量通信衛(wèi)星，通信總?cè)萘砍^(guò)20G，真正意義上實(shí)現(xiàn)了自主通信衛(wèi)星的寬帶應(yīng)用。

而天通一號(hào)01星則是中國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的首發(fā)星，也被稱為“中國(guó)版的海事衛(wèi)星”，它的成功發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)邁入衛(wèi)星移動(dòng)通信的“手機(jī)時(shí)代”。

中星16號(hào)的最大特點(diǎn)就是采用了Ka頻段寬帶通信技術(shù)，換句話說(shuō)就是采用了新的信息傳遞路徑。這和過(guò)去的做法有什么差異呢？打個(gè)比方的話，就是原來(lái)的公路是4車道，現(xiàn)在中國(guó)建設(shè)了一條16車道的公路，這就使其具備過(guò)去衛(wèi)星通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢(shì)。

一是大容量。Ka 頻段的“信息公路”比過(guò)去的“信息公路”更加寬闊。在頻率資源更加豐富的情況下，即使信道調(diào)制方式不變，衛(wèi)星通信系統(tǒng)容量也將會(huì)大幅提升。

為了方便理解，還是打一個(gè)比方，過(guò)去的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是四車道，而且資源已經(jīng)被大量“老客戶”使用，沒(méi)有多少冗余。而中國(guó)這次準(zhǔn)備構(gòu)建的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是16車道，而且沒(méi)有多少“老客戶”。這樣一來(lái)，頻率資源就更豐富，通信容量也更大，相對(duì)于以往的衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到數(shù)十倍的提升。

二是天線體積小。Ka 頻段寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶終端尺寸一般在 62cm 到 180cm 之間，誠(chéng)然，這個(gè)指標(biāo)對(duì)于直接把天線塞進(jìn)智能手機(jī)還力有不逮，但已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端天線的尺寸。這使過(guò)去只能安裝在建筑物上面或者大型車輛上的衛(wèi)星通信終端走向人們的生活中，甚至在普通的家用SUV上就可以安裝。

老百姓有望使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)

Ka頻段寬帶通信技術(shù)不僅適用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在民用航空器、遠(yuǎn)洋船舶、高鐵、車輛等載具上都有廣泛的應(yīng)用前景。

雖然Ka 頻段寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端還很難塞進(jìn)智能手機(jī)中，但卻可以通過(guò)另一個(gè)方式實(shí)現(xiàn)普通用戶與衛(wèi)星直接的通信——在車輛、高鐵、船舶、飛機(jī)上安裝衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端，普通用戶通過(guò)WIFI的形式，用自己的智能手機(jī)連接上安裝在車輛、高鐵、船舶、飛機(jī)上衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端，然后就像連接自己家中的WIFI一樣，通過(guò)通信衛(wèi)星直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

根據(jù)航天科技集團(tuán)五院高級(jí)工程師張閣表示：“目前我們的這個(gè)設(shè)備，是支持500人以上的，就是你在一個(gè)豪華游輪上，裝了這么一個(gè)設(shè)備，全船的人都可以通過(guò)WIFI，直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)?！?/p>

我們可以憧憬，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們可以在國(guó)內(nèi)的飛機(jī)、高鐵上使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)與同事交流工作，在青藏高原觀光時(shí)，使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)與朋友分享祖國(guó)自然風(fēng)光的壯美，在遠(yuǎn)洋的船舶上使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)與家人報(bào)平安。